摘要：對可變截面的集中排氣系統(tǒng)運行特性進行數(shù)值模擬與實驗對比研究。探討更合理控制住宅廚房衛(wèi)生間空氣污染的方式，以解決高層住宅廚房衛(wèi)生間的排氣不暢、串氣等問題，改善高層住宅的空氣環(huán)境質(zhì)量。對系統(tǒng)在不同截面積常見工況下工作的壓力分布及流量分布進行數(shù)據(jù)分析。通過模擬與實驗對比，表明采用數(shù)值模擬的方法對多動力源集中式排氣系統(tǒng)在常見工況和開機率下的運行特性分析是可行的，并總結(jié)出住宅集中式排氣系統(tǒng)的運行特性。

關(guān)鍵詞：住宅污染控制集中排氣系統(tǒng)數(shù)值模似引言隨著生活水平的提高，住宅的室內(nèi)空氣品質(zhì)愈來愈被人們所關(guān)注。廚房、衛(wèi)生間是住宅中兩個主要散發(fā)污染物場所。尤其是廚房，不僅有煤氣燃燒所產(chǎn)生的污染物，還有烹飪產(chǎn)生的大量油煙與蒸汽。暖通工作者對廚房中的污染物、最小排風(fēng)量、排氣罩性能等方面都進行了比較系統(tǒng)的研究，但高層住宅中廚房排氣系統(tǒng)和衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)的運行效果仍不如人意。在實際運行中經(jīng)常發(fā)生排氣不暢、串氣等問題。本文利用數(shù)值模擬方法分析高層住宅廚房與衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)在常見工況和開機率情況下的運行效果，并與實驗結(jié)果進行對比分析，找出數(shù)值模擬與實驗測試各自的缺點與不足，以更加完善研究方法與手段。通過更精確的分析多動力源集中式排氣系統(tǒng)的運行特性，提高其排氣效果與效率。1多動力源集中式排氣系統(tǒng)集中排氣系統(tǒng)是將每層的一個排氣裝置通過支風(fēng)道排入一豎向的主風(fēng)道，煙氣由設(shè)于屋頂?shù)闹黠L(fēng)道排氣口排入大氣．這種排氣方式克服了分散式排氣的缺點。因而新建住宅大都采用這種排氣方式。集中排氣系統(tǒng)的型式比較多，如帶導(dǎo)流葉片和帶導(dǎo)向彎管的變壓式或者止逆閥等系統(tǒng)型式。對于高層住宅排氣道不管采用哪種型式的集中排氣系統(tǒng)，各層廚房排油煙機或衛(wèi)生間排氣扇與各自的集中排氣系統(tǒng)相連通后，即分別組成了多動力源的管網(wǎng)系統(tǒng)。2本研究的實驗測試與計算機模擬相對于實驗，仿真模擬軟件的優(yōu)勢在于，可以建立最接近真實情況的模型，可以將實驗中只能水平放置的風(fēng)道豎直，模擬真實的建筑結(jié)構(gòu)，由此可以將風(fēng)道水平放置時忽略的各樓層之間由高度產(chǎn)生的風(fēng)壓、熱壓及氣流特征差異考慮在內(nèi)，模擬出各種常見的和不利的工況。但也其不利的一面。數(shù)值模擬所采用的模型過于理想化，而在實際的系統(tǒng)運行中許多不利困素的影響，比如管道中雜物，灰塵對管道阻力的影響，油煙機或排氣扇具體運行特性與用戶使用習(xí)慣，漏風(fēng)與滲風(fēng)等等實際因素都會對系統(tǒng)運行特性產(chǎn)生影響。實驗的直觀性比較強，而且可以通過試驗發(fā)現(xiàn)許多意想不到、而在實際中確實存在的問題，并且實驗數(shù)據(jù)是支持理論分析的基礎(chǔ)，也可為進行模擬分析提供邊界條件和初始條件。本課題組進行實驗研究的裝置是按1：1的實型尺寸加工，主管道為可變截面的集中排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)中主管道的一側(cè)為可移動面，這樣可以任意改變排氣道截面積。系統(tǒng)水平放置，用水平風(fēng)管模擬豎向高層集中排風(fēng)道。如此制作實驗裝置，并且在此基礎(chǔ)上再進行模擬分析，其考慮的因素如下：（1）住宅集中排氣系統(tǒng)中的壓力分布范圍一般為數(shù)十帕。微壓傳感器的精度大多在1帕左右，因而不能用將試驗裝置按比例縮小的方法來測試，只能按實型制作實驗管道系統(tǒng)。（2）考慮到前述因素的限制，按實型制作實驗管道系統(tǒng)，就要受空間和資金方面影響。比如30層的風(fēng)道應(yīng)該仿照真實情況將其豎立，難以實現(xiàn)；倘若在已建成的建筑內(nèi)實測，風(fēng)道又無法改變截面積。所以只能采取將風(fēng)道水平放置的實型實驗管道系統(tǒng)。（3）多動力源的管網(wǎng)系統(tǒng)運行組合工況太多。由于樓層多，根據(jù)真實情況，各戶開機時間不同，再加上要改變不同截面，導(dǎo)致工況非常多，所有工況測量是無法實現(xiàn)的。（4）實驗環(huán)境和介質(zhì)與實際使用有差別。實驗中，測量氣體為空氣，與實際的熱煙氣有差別，并且沒有類似廚房的封閉空間，排油煙機暴露在外界空氣中等。3多動力源集中式排氣系統(tǒng)的模擬根據(jù)實際情況使用GAMBIT建立層高分別為20層的住宅廚房主支式集中排風(fēng)系統(tǒng)的三維模型；采用實際尺寸，主排風(fēng)管道截面積分別為400×500mm、400×750mm，排油煙機入口距離地面為1.6m，層高3m，支風(fēng)管道直徑150mm。分析模型示意見圖一,網(wǎng)格示意見圖二。將數(shù)值模擬與實驗得出的數(shù)據(jù)進行比較，可以看出模擬數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)基本上是吻合的，有個別樓層出現(xiàn)相差較大的現(xiàn)像，是在實驗測試過程中的誤差及當(dāng)實驗條件等因素造成，這些相差較大的樓層也在合理的誤差范圍之內(nèi)。對比結(jié)果見圖六，圖七。6多動力源集中式排氣系統(tǒng)常見工況與開機率下運行特性多動力源集中式排風(fēng)系統(tǒng)管道中的壓強分布從底層到頂層，呈現(xiàn)低-高-低的趨勢。下層的用戶由于上層排氣氣流的引射帶動作用，不易出現(xiàn)竄氣；上層的用戶由于需要克服管道內(nèi)的阻力較小，串氣也不嚴(yán)重；而中間層未開機用戶的竄氣程度較上下層相對嚴(yán)重。400×500mm的主排風(fēng)管道截面積基本無法滿足20層建筑在通常情況下的排風(fēng)要求，最好是采用更大截面的排風(fēng)道；400×750mm的排風(fēng)道可以滿足20層建筑在高開機率時的排風(fēng)要求，是較為理想的排風(fēng)道截面尺寸。系統(tǒng)排氣效果受管道截面尺寸，總樓層數(shù)，用戶開機率，室外熱壓等因素影響。7結(jié)論①對于住宅廚房衛(wèi)生間控制油煙的污染，集中式排風(fēng)系統(tǒng)是較為理想和適合大多數(shù)住宅的排風(fēng)系統(tǒng)形式，但要有合理的管道構(gòu)造及其流通截面尺寸；400×750mm的排風(fēng)道僅可以滿足20層建筑在高開機率時的排風(fēng)要求，是適用于多數(shù)情況下的排風(fēng)道截面尺寸。②用數(shù)值模擬方法對多動力源集中排風(fēng)系統(tǒng)進行模擬計算與實驗所得結(jié)果較為接近，在由于空間，資金等方面原因造成無法進行實驗研究的時候，可用數(shù)值模擬方法進行計算。③多動力源集中式排風(fēng)系統(tǒng)管道中的靜壓分布從底層到頂層，呈現(xiàn)低-高-低的運行特性規(guī)律。參考文獻[1] 集中排氣系統(tǒng)住宅廚房排氣系統(tǒng)空氣動力分析.林豹.沈陽：沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報[J]1997年第13卷第3期[2] 主支式排氣道中主風(fēng)道橫截面尺寸的確定[R].黃銳,楊立中,范維澄.北京：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室.2001[3] 住宅廚房集中排氣道內(nèi)煙氣流動特性分析.龔延風(fēng)、陳麗萍、國君杰.南京建筑工程學(xué)院學(xué)報[J].2002年第3期[4] 住宅集中排風(fēng)系統(tǒng)的模擬分析研究[D].劉鑫.沈陽：沈陽建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院.2010[5] 住宅廚房集中排氣管道系統(tǒng)構(gòu)造及其運行特性實驗研究[D].馮墨.沈陽：沈陽建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院.2010[6] Activityforbasecatalyzedreactionsandcharacterizationofalumina2supportedKFcatalysts[J].KabashimaH,TsujiT,NakataS,etal.ApplCataA.2000[7] 計算流體動力學(xué)分析CFD軟件原理與應(yīng)用[EB].王福軍.